電磁流量計(jì)電極材料的選擇：

鉑銥電極在電磁流量計(jì)上的應(yīng)用及生產(chǎn)現(xiàn)狀：

電磁流量計(jì)是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律進(jìn)行流量測(cè)量的流量計(jì),廣泛應(yīng)用于測(cè)量導(dǎo)電性液體,如給水排水、紙漿、石油混合液體、化學(xué)及食品工業(yè)的液體等。電極是電磁流量計(jì)的關(guān)鍵元件,常用的電極材料有耐蝕不銹鋼、哈氏合金、鈦、鉭、鉑銥合金等材料,其中鉑銥合金是耐腐蝕性能*好、適用范圍*廣的電極材料。重慶儀表材料研究所從2005年開(kāi)始鉑銥元件的開(kāi)發(fā)工作,在國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了鉑銥合金棒材和元件一體化規(guī)模生產(chǎn),為國(guó)內(nèi)眾多用戶解決了生產(chǎn)難題,降低了生產(chǎn)成本,并為國(guó)內(nèi)眾多合資公司實(shí)現(xiàn)了進(jìn)口產(chǎn)品替代。目前我所已成為我國(guó)鉑銥元件種類*多、規(guī)模*大的專業(yè)化貴金屬元件生產(chǎn)單位。筆者通過(guò)電磁流量計(jì)中鉑銥元件的工作原理、鉑銥元件的使用特性、生產(chǎn)工藝問(wèn)題及解決措施等方面的介紹,希望能對(duì)本行業(yè)的發(fā)展起到積極的參考作用。
2電磁流量計(jì)工作原理
電磁流量計(jì)的工作原理是依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律。流量計(jì)測(cè)量管是一內(nèi)襯絕緣材料的非導(dǎo)磁合金管,兩只電極與軸流方向垂直安裝,電極頭與內(nèi)管表面平齊。當(dāng)勵(lì)磁線圈由雙向進(jìn)行方波脈沖時(shí),即產(chǎn)生一個(gè)磁通密度為B的磁場(chǎng),此時(shí)有一定導(dǎo)電率的流體流過(guò)測(cè)量管時(shí),則切割磁力線感應(yīng)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)E。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與流量成正比,傳感器將感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)(4～ 20mA)傳送至流量積算儀,流量積算儀就可以顯示當(dāng)前的流量值V。圖1是電磁流量計(jì)的原理圖。
3電磁流量計(jì)電極種類
電極是電磁流量計(jì)中的核心部件,主要起著傳輸電信號(hào)的作用。而信號(hào)傳遞的準(zhǔn)確性受電極形狀、大小、表面質(zhì)量及材料性能等因素影響,所以不同的流量測(cè)量應(yīng)選擇與之相適應(yīng)的電極材料,這樣可以盡量保證測(cè)量的準(zhǔn)確性和延長(zhǎng)使用壽命。電磁流量計(jì)常用的電極材料及耐腐蝕性能見(jiàn)表1。
雖然鉑銥電極耐腐蝕性能*好,但其性能也不是的。其使用也會(huì)受到一定的條件限制,表2所列就有部分是鉑銥合金不耐腐蝕的化學(xué)介質(zhì),當(dāng)然表中列入的溶液僅是示例,而非全部。
表1電極材料的耐腐蝕性能

4鉑銥電極生產(chǎn)中的問(wèn)題及解決措施
4.1鉑銥合金的成分設(shè)計(jì)
銥是一種揮發(fā)性非常強(qiáng)的金屬,在1500℃時(shí)其蒸汽壓比鉑低兩個(gè)數(shù)量級(jí)[2],在高溫熔煉時(shí)其揮發(fā)性是鉑的幾十倍,所以在進(jìn)行合金的成分設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮銥元素的過(guò)量問(wèn)題。*常用的鉑銥合金觸點(diǎn)材料牌號(hào)有PtIr10、PtIr20、PtIr25 3種合金,成分要求見(jiàn)表3[3]。

4.2鉑銥合金的加工工藝
鉑銥合金是一種容易發(fā)生成分偏析的合金,也是容易產(chǎn)生內(nèi)部縮孔等缺陷的合金,采用高頻和中頻二次真空熔煉可提高合金成分的均勻性。在進(jìn)行中頻精煉時(shí),為了減少由于銥元素的吸氣而產(chǎn)生合金錠內(nèi)部縮孔,爐腔的真空度應(yīng)保持在10- 2MP等級(jí)。多次重熔的方法也有利于充分排盡合金錠內(nèi)部的氣體。
鉑銥合金的鍛打工藝與合金中銥的含量有密切關(guān)系,銥含量較低(≤ 20%)的合金塑性較好,合金錠經(jīng)均勻化處理后可以進(jìn)行冷加工,而銥含量較高(≥ 20%)的合金通常需要熱加工。
鉑銥合金棒材的拉制應(yīng)注意配模的變型量,銥含量低的合金單次變形量可以大一些,銥含量高的合金單次變形量則小一些,而且有些合金必須熱拉才能保證合金具有良好的塑性。拉制過(guò)程中應(yīng)將棒材表面缺陷如包皮、劃痕清理干凈,否則這些缺陷會(huì)影響元件的表面質(zhì)量。
4.3鉑銥元件的車(chē)床加工
車(chē)床加工鉑銥元件存在的主要問(wèn)題:(1)鉑銥合金車(chē)加工時(shí)非常容易粘刀,而且散發(fā)出大量熱量,刀具材料磨損得很快,加工精度不容易控制;(2)流量計(jì)元件都有密封性要求,大部分密封是靠加工斜面精度或倒R0.2的角來(lái)實(shí)現(xiàn),所以對(duì)加工刀具的精度要求很高,人工磨制的刀具很難達(dá)到要求;(3)使用沖冷卻液方式可以有效地降低刀具加工的溫度,延長(zhǎng)使用壽命,但同時(shí)會(huì)帶走大量的粉狀車(chē)削料,加大了貴金屬材料的損耗;(4)元件的使用面光潔度要求很高,車(chē)加工難以達(dá)到要求,需要進(jìn)行精細(xì)拋光。
針對(duì)以上問(wèn)題,我所制定了適當(dāng)?shù)募庸すに嚭涂刂拼胧?(1)對(duì)每個(gè)元件的每個(gè)尺寸進(jìn)行在線監(jiān)測(cè),避免了刀具磨損對(duì)元件加工尺寸精度造成的影響,提高了產(chǎn)品的成品率;(2)采用了涂刷冷卻液的方式進(jìn)行鉑銥元件加工,減少了材料損耗,同時(shí)有利于車(chē)削料的清洗和回收;(3)設(shè)計(jì)制作成型刀具,滿足各種流量計(jì)用鉑銥元件的加工需要;(4)采用了多種拋光技術(shù)相結(jié)合的拋光方法,制得了鏡面效果的元件表面。我所采用高精度儀表車(chē)床加工元件后,元件的成品率達(dá)到95%以上,加工精度可以控制在± 0.005mm以內(nèi)。
4.4鉑銥元件的檢測(cè)
鉑銥元件的檢測(cè)主要包括成分分析、表面質(zhì)量和尺寸檢測(cè)3方面的內(nèi)容。
(1)成分檢測(cè):由于鉑銥合金的難溶解性,不宜采用化學(xué)的分析方法檢測(cè)其成分。光譜和探針?lè)治鲭m然有一定缺陷,如對(duì)某些微量元素不能定量分析,只能通過(guò)標(biāo)樣作定性分析,而主元素的測(cè)量誤差也通常比化學(xué)分析大一些。但由于通常情況下鉑銥合金的主元素鉑和銥要求成分偏差不超過(guò)0.5%,雜質(zhì)總量的要求不超過(guò)0.3%,所以采用光譜或探針的測(cè)量方法是*可以滿足要求的。
(2)表面質(zhì)量檢測(cè):表面質(zhì)量的檢測(cè)包括表面裂紋和表面粗糙度的檢測(cè)。由于鉑銥元件的密度大,不適宜射線探傷;由于加工鉑銥元件的鉑銥棒材通常直徑較小(<? 8mm),超聲波探傷也很困難,我所采用超聲波探傷和著色探傷相結(jié)合的辦法來(lái)檢測(cè)合金的內(nèi)部和表面裂紋,達(dá)到了比較理想的效果,元件的表面粗糙度通常用目測(cè)或放大鏡配合檢測(cè)即可。
(3)尺寸檢測(cè):元件的配合螺紋、傳遞信號(hào)面R的弧度、密封處的倒角弧度等尺寸是精度要求*高的,需要重點(diǎn)檢測(cè)。R弧度根據(jù)大小和精度要求通常用R規(guī)、工具顯微鏡或投影儀檢測(cè);螺紋一般需要用環(huán)規(guī)(通止規(guī))進(jìn)行檢測(cè);密封處的倒角一般尺寸較小為R0.2～ 0.3mm,三坐標(biāo)法檢測(cè)有一定的困難,投影檢測(cè)必須對(duì)元件進(jìn)行破壞,用輪廓儀進(jìn)行檢測(cè)可以在不破壞元件的情況下得到較好的檢測(cè)效果。
5鉑銥電極在流量計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀及前景
5.1應(yīng)用現(xiàn)狀
我國(guó)目前在流量計(jì)領(lǐng)域每年消耗鉑銥電極約20000～ 25000顆。由于國(guó)內(nèi)以前沒(méi)有專門(mén)的鉑銥元件生產(chǎn)廠家,需方單位須采購(gòu)鉑銥棒材自行機(jī)加工成元件,而有些對(duì)元件質(zhì)量要求高的公司則直接使用進(jìn)口元件,這些進(jìn)口元件大部分來(lái)自德國(guó)和日本。
2005年開(kāi)始進(jìn)行貴金屬元件的研制和生產(chǎn),其中鉑銥元件是貴金屬元件的一個(gè)重要組成部分,我所通過(guò)近幾年的鉑銥元件化項(xiàng)目的實(shí)施,已為我所所有鉑銥元件用戶開(kāi)發(fā)成功了鉑銥元件共20多種型號(hào)產(chǎn)品,生產(chǎn)規(guī)模達(dá)到10000～ 15000顆/年,已成為國(guó)內(nèi)*專業(yè)、規(guī)模*大的貴金屬元件生產(chǎn)企業(yè)。為國(guó)內(nèi)多家合資公司實(shí)現(xiàn)了進(jìn)口產(chǎn)品替代,產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到或*進(jìn)口產(chǎn)品水平。
5.2產(chǎn)品發(fā)展方向
資源節(jié)約型產(chǎn)品是未來(lái)產(chǎn)品的發(fā)展方向,鉑和銥均是世界稀缺的資源,所以鉑銥元件的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝均應(yīng)充分考慮節(jié)約材料的因素。現(xiàn)在有的使用廠家也在逐步進(jìn)行產(chǎn)品的升級(jí)換代,在不影響使用性能的條件下,將原來(lái)*用鉑銥合金制作的元件改為部分使用鉑銥合金。比如有的廠家將裝配后浸于腐蝕液的部分設(shè)計(jì)成鉑銥材料,其余部分設(shè)計(jì)成其它材料,通過(guò)螺紋或焊接的方式將兩者連接起來(lái)。
另一方面,包覆型貴金屬是貴金屬元件的*新發(fā)展方向,其中包鉑的貴金屬元件在我國(guó)一些企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始得到應(yīng)用,我所通過(guò)研究已生產(chǎn)出了包鉑及包鉑銥的貴金屬元件，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,更多、更*的工藝將在貴金屬元件的生產(chǎn)中得到應(yīng)用。